TW201409735A - 矽晶太陽能電池的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種矽晶太陽能電池的製造方法。該矽晶太陽能電池的製造方法包含：提供一矽晶基材，其中該矽晶基材具有一上表面、一下表面及一側面，以及一絕緣層，僅形成於該矽晶基材之該側面上，且該矽晶基材具有一第一電性；形成一摻雜層於該矽晶基材之上表面，其中該摻雜層具有一第二電性；形成一抗反射層於該摻雜層上；形成一第一電極於該抗反射層之上並穿過該抗反射層而與該摻雜層電性連接；以及形成一第二電極於該矽晶基材之下表面。

Description

矽晶太陽能電池的製造方法

本發明係關於一種矽晶太陽能電池之製造方法，特別關於一種具有邊緣絕緣層結構的矽晶太陽能電池之製造方法。

現今，由於全球能源的持續短缺且對於能源的需求與日俱增，因此如何提供環保且乾淨的能源便成為目前最迫切需要研究的議題。在各種替代性能源的研究當中，利用自然的太陽光經由光電能量轉換產生電能的太陽能電池，為目前所廣泛應用且積極研發之技術。

在傳統太陽能電池的製造過程中，為避免P、N兩極之間在晶片邊緣有接觸之現象，需多進行一道邊緣絕緣(isolation process)製程，以將晶片邊緣P、N絕緣，避免太陽能電池漏電內耗降低發電效率。然而，該邊緣絕緣製程會犧牲掉太陽能電池的可發電面積。此外，目前較常使用的邊緣絕緣方式係以雷射光束沿晶片邊緣進行切割、或是由晶片背面以酸或鹼進行蝕刻，然而無論是以那種方式進行邊緣絕緣切割，皆會造成製造成本提昇(例如：雷射射備昂貴、製程費時)、或是環境污染(蝕刻後所產生的廢液)等問題。

基於上述，發展出一種可改善上述習知技術缺失之太陽能電池之製造方法，實為目前太陽能電池技術所迫切需 要的。

本發明提供一種矽晶太陽能電池的製造方法，由於該矽晶太陽能電池包含一具有邊緣絕緣層結構之矽晶太陽能電池晶片，可免除太陽能電池製造過程中所使用的邊緣絕緣切割製程，增加太陽能電池的發電效率、降低製造成本、以及改善太陽能電池在使用上的安全性。

根據本發明一實施例，本發明提供一矽晶太陽能電池的製造方法，包含：提供一矽晶基材，其中該矽晶基材具有一上表面、一下表面及一側面，以及一絕緣層，僅形成於該矽晶基材之該側面上，且該矽晶基材具有一第一電性；形成一摻雜層於該矽晶基材之上表面，其中該摻雜層具有一第二電性；形成一抗反射層於該摻雜層上；形成一第一電極於該抗反射層之上並穿過該抗反射層而與該摻雜層電性連接；以及形成一第二電極於該矽晶基材之下表面。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明係揭露一種矽晶太陽能電池的製造方法，該矽晶太陽能電池包含一具有邊緣絕緣層結構之矽晶太陽能 電池晶片。

根據本發明一實施例，請參照第1圖，本發明所述之矽晶太陽能電池晶片100具有邊緣絕緣層結構，包含一矽晶基材10、以及一絕緣層12。其中，請參照第2圖(係為第1圖沿2-2’切線的剖面示意圖)，該矽晶基材10具有一上表面11、一下表面13、及一側面15。該側面15係指該矽晶基材10非上表面11及下表面13之所有表面，在第1圖所述實施例中，該側面15即表示該正方形矽晶基材10的四個側壁。值得注意的是，該絕緣層12僅形成於該矽晶基材10之側面15上(該矽晶基材10的側面皆被該絕緣層12所覆蓋，且該絕緣層12與該矽晶基材10直接接觸)，換言之，該矽晶基材10的上表面11、及下表面13並未被該絕緣層12所覆蓋。根據本發明一實施例，該矽晶基材10之電阻率係介於1x10^-5至1x10⁶歐姆‧米，且具有一能隙(傳導帶至價帶)介於1-3電子伏特(eV)。舉例來說，該矽晶基材10可為一單晶矽基材、或一多晶矽基材，且可為一摻雜摻質(例如n型或p型摻質)之矽晶基材。該絕緣層係具有一電阻率不小於1x10⁸歐姆‧米，且具有一能隙(傳導帶至價帶)約大於9電子伏特(eV)。該絕緣層12可為含矽的絕緣層，請參照第2圖，該絕緣層12可為由氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽所構成之單層結構。根據本發明另一實施例，請參照第3圖，該絕緣層12亦可具有一由至少兩層膜層所構成的多層結構。舉例來說，該絕緣層12可具有一擇自由氧化矽、氮化矽、及氮氧化矽所構成之多層 結構。本發明所述之該絕緣層12之厚度T可不小於45nm(可避免後續所形成之太陽能電池漏電)，亦可依實際需要加以調整。

以本發明所述之矽晶太陽能電池晶片100來進行矽晶太陽能電池的製程時，可避免一摻雜層在矽晶基材10的側面15形成。再者，由於該絕緣層12僅形成於該矽晶基材10之側面15，因此不會遮擋後續所形成的矽晶太陽能電池之發電面積。

根據本發明一實施例，本發明所述之矽晶太陽能電池晶片100的製造方法，可包含以下步驟(請參照第4圖)：首先，提供一矽晶晶棒50(步驟A1)，其中該矽晶晶棒50具有一上表面51、一下表面53、一及一側面55，請參照第5a圖。根據本發明一實施例，該矽晶晶棒50可為一經研磨後之方柱矽晶晶棒或其他形狀矽晶晶棒，例如一單晶矽晶棒、或一多晶矽晶棒，且該矽晶晶棒50可為一已摻雜之矽晶晶棒(n型摻雜、或p型摻雜)。接著，形成一絕緣材料52以覆蓋該矽晶晶棒之整個側面55(步驟A2)，亦可進一步覆蓋該上表面51、及下表面53，請參照第5b圖。形成該絕緣材料52的方法可包含蒸鍍法、化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積、原子層沉積法、濺鍍法、熱氧化法、塗佈法、或其結合。該絕緣材料52係具有一電阻率不小於1x10⁸歐姆‧米，且具有一能隙(傳導帶至價帶)約大於9電子伏特(eV)。該絕緣層52可為含矽的絕緣層，其中該絕緣層52可為由氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽所 構成之單層結構。根據本發明另一實施例，該絕緣層52亦可具有一由至少兩層膜層所構成的多層結構。舉例來說，該絕緣層52可具有一擇自由氧化矽、氮化矽、及氮氧化矽所構成之多層結構。本發明所述之該絕緣層52之厚度可不小於45nm，亦可依實際需要加以調整。最後，對覆蓋有該絕緣材料52之矽晶晶棒50之側面55進行切割(步驟A3)，得到複數如第1及2圖所示之矽晶太陽能電池晶片100，請參照第5c圖。

此外，根據本發明某些實施例，在得到本發明第1及2圖所示之矽晶太陽能電池晶片100後，可進一步對該矽晶太陽能電池晶片100之該上表面11、該下表面13、及該側面13之至少一者進行一織化(texturing)處理，獲得具有織化結構之表面，使得後續以該矽晶太陽能電池晶片100所製得之太陽能電池具有較低之入射光反射率。在本發明一實施例中，可對該矽晶太陽能電池晶片100之上表面11進行一織化(texturing)處理，獲得具有織化結構之上表面11A，請參照第6圖；此外，根據本發明另一實施例，可同時對該矽晶太陽能電池晶片100之上表面11及下表面13進行一織化(texturing)處理，獲得具有織化結構之上表面11A及下表面13A，請參照第7圖。

請參照第8圖，係顯示本發明一實施例所述之具有該矽晶太陽能電池晶片100之矽晶太陽能電池200的剖面結構示意圖。如圖所示，該矽晶太陽能電池200包含第1圖所示之矽晶太陽能電池晶片100，其中該矽晶太陽能電池 晶片包含一矽晶基材10、以及一絕緣層12。該矽晶基材10包含一上表面11、一下表面13、一及一側面15，而該絕緣層12僅形成於該矽晶基材10之側面15。

根據本發明一實施例，該矽晶基材10之上表面可為一織化(textured)的表面11A(如第8圖所示)，以降低入射光之反射率，使入射的光能得以充分利用。此外，該矽晶基材之電阻率可介於1x10^-5至1x10⁶歐姆‧米，且具有一能隙(傳導帶至價帶)介於1-3電子伏特(eV)。舉例來說，該矽晶基材10可為一單晶矽基材、或一多晶矽基材，且可為一具摻雜摻質(例如n型或p型摻質)之矽晶基材(具有一第一電性)。該絕緣層12可為含矽的絕緣層，請參照第2圖，該絕緣層12可為由氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽所構成之單層結構。根據本發明另一實施例，請參照第3圖，該絕緣層12亦可具有一由至少兩層膜層所構成的多層結構。舉例來說，該絕緣層12可具有一擇自由氧化矽、氮化矽、及氮氧化矽所構成之多層結構。

一摻雜層112(具有一第二電性)，僅形成於該矽晶基材10之上表面11，換言之，該摻雜層112並未進一步形成於該矽晶基材之側面15、或下表面13。該摻雜層112可為一經摻質所摻雜的矽晶層，具有與該矽晶基材10相反的電性。舉例來說，若該矽晶基材10為一n型矽晶層，則該摻雜摻雜層112可為一p型摻雜摻雜層(例如以硼滲入矽晶層)；反之，若該矽晶基材10為一n型矽晶層，則該摻雜層112可為一p型摻雜層(例如以磷滲入矽晶層)， 以形成光電轉換效應所需的P-N接面(P-N junction)。

一抗反射層114，形成於該摻雜層112、以及該絕緣層12上，用來降低入射光線之反射率，舉例來說，該抗反射層114可為一氮化矽層或與該絕緣層相同材料。一第一電極116(例如為銀、鋁、或其合金)，設置於該抗反射層114之上，並穿透該抗反射層與該摻雜層110電性連接，以及一第二電極118(例如為鋁-矽合金)，設置於該矽晶基材10之下表面13，與該矽晶基材10直接接觸。值得注意的是，本發明所述之矽晶太陽能電池200，其絕緣層12係覆蓋該矽晶基材10之整個側面15，並與該矽晶基材10直接接觸，如此一來，該摻雜層110並不會形成於該矽晶基材10之側面15，且該摻雜層110與該矽晶基材10之側面15係由該絕緣層12所隔開。

根據本明一實施例，本發明所述之矽晶太陽能電池200的製造方法，可包含以下步驟(請參照第9圖)：首先，提供一矽晶太陽能電池晶片100(步驟B1)，其中該矽晶太陽能電池晶片100包含：一矽晶基材10，其中該矽晶基材10具有一上表面11、一下表面13、一及一側面15，以及一絕緣層12僅形成於該矽晶基材10之該側面上15，請參照第1及2圖。

接著，對該矽晶太陽能電池晶片之上表面11進行一織化(texturing)處理(步驟B2)，請參照第10a圖。根據本發明一實施例，該織化處理可例如以酸液將矽晶基材10之上表面11蝕刻成粗糙面，以降低入射光之反射率。根 據本發明一實施例，亦可對該上表面11、該下表面13、及該側面13之至少一者進行一織化(texturing)處理。

接著，形成一摻雜層112於該矽晶基材10之上表面11(步驟B3)，請參照第10b圖。根據本發明一實施例，該矽晶7基材10為一n型矽晶層，而該摻雜層112的形成方式為將該矽晶基材10置於一高溫爐中並通入含硼氣體，使硼滲入矽晶基材10之表層；根據本發明另一實施例，該矽晶基材10為一p型矽晶層，而該摻雜層112的形成方式為將該矽晶基材10置於一高溫爐中並通入含磷氣體，使磷滲入矽晶基材10之表層，得到該摻雜層112。值得注意的是，在本發明所述的矽晶太陽能電池200的製造方法中，由於係使用具有絕緣層12覆蓋矽晶基材10側面15的矽晶基材10(如第1及2圖所示)，因此在形成摻雜層112時，可避免摻雜層112在矽晶基材10的側面15形成。接著，形成一抗反射層114於位於上表面11之摻雜層112上、以及該絕緣層12(步驟B4)，請參照第10c圖。根據本發明一實施例，該抗反射層114的形成方式可為將第10b所得之結構置於一高溫爐中，並通入矽甲烷與氨氣，以電漿輔助化學汽相沉積(電漿輔助化學汽相沉積)在該摻雜層112上、及該絕緣層12上形成一氮化矽抗反射層114。根據本發明一實施例，該抗反層之材料可與該絕緣層具有相同之材質(例如氮化矽)。

接著，在該矽晶基材10之上表面11、及下表面13分別配置一第一電極材料115及一第二電極材料117(步驟 B5)，請參照第10d圖。根據本發明一實施例，該第一電極材料115可例如為含銀、或/及鋁之漿料，以網印方式形成於該抗反射層114上；該第二電極材料117可例如為鋁漿，同樣以網印方式形成於下表面13之摻雜層112上。

最後，對該矽晶基材10進行一燒結(steinering)製程(步驟B6)，以將第一電極材料115穿透該抗反射層114並與摻雜層112接觸形成一第一電極116，以及使第二電極材料117與矽晶基材10形成合金(例如鋁-矽合金)形成一第二電極118，請參照第10e圖，至此完成本發明所述之矽晶太陽能電池200的製作。其中，在該矽晶太陽能電池的製造過程中，該矽晶基材10之上表面的表面積係維持一致。

值得注意的是，在傳統太陽能電池的製作中，由於摻雜層會覆蓋半導體基材之側面，因此在完成抗反射層、第一電極、及第二電極的製作後，必需多進行一道邊緣絕緣切割(isolation process)製程將晶片邊緣移除，避免第一及第二電極之間在晶片邊緣有短路之現象發生。與傳統太陽能電池的製作相比，本發明所述之太陽能電池，由於邊緣絕緣層的阻隔使得摻雜層並不會形成於該半導體基材的側面，因此可簡省掉傳統太陽能電池所必需的邊緣絕緣切割製程。

基於上述，本發明所述之矽晶太陽能電池的製造方法有以下優點：(1)增加產能輸出、減少製程成本：由於不需要使用邊緣絕緣切割製程，可大幅縮短太陽能電池元件製 造所需要工時、及成本，並降低製程污染；(2)具有較大之發電面積：傳統太陽能電池需要使用邊緣絕緣切割製程將晶片邊緣易造成漏電的部份移除，因此會犧牲掉晶片的發電面積，而本發明所述之太陽能電池不需使用邊緣絕緣切割製程，因此具有較大的發電面積(可增加1.3%以上的可發電面積)；(3)避免因邊緣絕緣切割製程所造成的製程耗損(例如：破片(breakage))；以及，(4)避免太陽能電池發生漏電，提昇使用上的安全性。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例，來說明本發明所述之矽晶太陽能電池晶片、包含其之太陽能電池、及其製造方法。

具有邊緣絕緣層的矽晶太陽能電池晶片之製備 實施例1

將經切割所得之三片矽晶片相疊，並置入電漿輔助化學氣相沉積腔體中待。抽真空後，在溫度450下沉積氮化矽(Si3N4)，反應時間為700秒。反應完成後，取位於疊片結構中置於下方的兩片矽晶片進行量測，得知形成在矽晶片側面的氮化矽膜厚T約50nm。

該氮化矽層的厚度可藉由製程時間來決定，然而由於以PECVD方式形成超過1μm厚度的氮化矽絕緣層需要超過7000秒的製程時間，耗時且耗能。因此，可採用複合型的絕緣層組合，即內層(接觸晶片)的絕緣層可採PECVD方式來形，而外層的絕緣層則可採用塗佈的方式來加厚 。該絕緣層的厚度可厚度可增加到200μm，亦可視需求而加至更厚。

矽晶太陽能電池之製備 實施例2

首先，將實施例1所得之具有氮化矽絕緣層之矽晶片(p-type)之上表面以蝕刻方式進行織化(texturing)處理。接著，將該具有氮化矽絕緣層之矽晶片，置於一高溫爐中並通入含磷氣體，使磷滲入矽晶片表層，由於該矽晶片之側面被該絕緣層覆蓋，因此摻雜層不會在矽晶片的側面形成。接著，將該矽晶片置於一高溫爐中，並通入矽甲烷與氨氣，以電漿輔助化學汽相沉積(電漿輔助化學汽相沉積)在該摻雜層、及該絕緣層上形成抗反射層。接著，矽晶片的上表面以網印方式塗佈含銀、或/及鋁之漿料，在矽晶片的下表面以網印方式塗佈鋁漿。最後，對矽晶片進行一燒結(steinering)製程，以在矽晶片的上表面形成一第一電極(穿過抗反射層與與摻雜層接觸)，並在矽晶片的下表面形成一第二電極(鋁-矽合金)與矽晶片直接接觸。

阻值量測

對依實施例2所得之太陽能電池進行電性測試，結果顯示可成功拉起並聯阻值(Rshunt)大於100歐姆。另一方面，對傳統製程所得之矽晶太陽能電池元件(未做邊緣絕緣切割)進行電性測試，量測到其並聯電阻(Rshunt)僅約0.5 歐姆。

由以上量測可知，本發明直接採用具有邊緣絕緣層的矽晶片來進行太陽能電池的製作，雖然省略了現有製程中的邊緣絕緣切割製程，但電性測試上證明仍具有良好的併聯阻值(大於100歐姆)。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

2-2’‧‧‧切線

10‧‧‧矽晶基材

11‧‧‧上表面

11A‧‧‧具有織化結構之上表面

12‧‧‧絕緣層

13‧‧‧下表面

13A‧‧‧具有織化結構之下表面

15‧‧‧側面

50‧‧‧矽晶棒

52‧‧‧絕緣材料

51‧‧‧上表面

53‧‧‧下表面

55‧‧‧側面

100‧‧‧矽晶太陽能電池晶片

112‧‧‧摻雜層

114‧‧‧抗反射層

115‧‧‧第一電極材料

116‧‧‧第一電極

117‧‧‧第二電極材料

118‧‧‧第二電極

200‧‧‧太陽能電池

A1‧‧‧步驟

A2‧‧‧步驟

A3‧‧‧步驟

B1‧‧‧步驟

B2‧‧‧步驟

B3‧‧‧步驟

B4‧‧‧步驟

B5‧‧‧步驟

B6‧‧‧步驟

T‧‧‧厚度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之矽晶太陽能電池晶片的示意圖。

第2圖係顯示第1圖所述之矽晶太陽能電池晶片沿切線2-2’的剖面結構示意圖。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之矽晶太陽能電池晶片的剖面結構示意圖。

第4圖係為本發明一實施例所述之矽晶太陽能電池晶片製造方法之步驟流程圖。

第5a至5c圖係為一系列的示意圖，用以說明本發明所述之矽晶太陽能電池晶片的製造方法。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有織化結構之上表面之矽晶太陽能電池晶片的剖面結構示意圖。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有織化結構之上表面及下表面之矽晶太陽能電池晶片的剖面結構示意圖。

第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之矽晶太陽能電池的剖面結構示意圖。

第9圖係為本發明一實施例所述之矽晶太陽能電池製造方法之步驟流程圖。

第10a至10e圖係為一系列的示意圖，用以說明本發明所述之矽晶太陽能電池的製造方法。

B1‧‧‧步驟

B2‧‧‧步驟

B3‧‧‧步驟

B4‧‧‧步驟

B5‧‧‧步驟

B6‧‧‧步驟

Claims (16)

1. 一種矽晶太陽能電池的製造方法，包含：提供一矽晶基材，其中該矽晶基材具有一上表面、一下表面及一側面，以及一絕緣層，僅形成於該矽晶基材之該側面上，且該矽晶基材具有一第一電性；形成一摻雜層於該矽晶基材之上表面，其中該摻雜層具有一第二電性；形成一抗反射層於該摻雜層上；形成一第一電極於該抗反射層之上並穿過該抗反射層而與該摻雜層電性連接；以及形成一第二電極於該矽晶基材之下表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該絕緣層係覆蓋該矽晶基材之整個側面，並與該矽晶基材直接接觸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中在形成該摻雜層於該矽晶基材之上表面的步驟中，由於該絕緣層完全覆該矽晶基材之該側面，因此該摻雜層並未形成於該矽晶基材之側面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該抗反射層與該矽晶基材之側面係由該絕緣層所隔開。
5. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中在形成一摻雜層於該矽晶基材之上表面的步驟前，更包含對該矽晶基材之上表面、下表面、及側面之至少一者進行一織化處理。
6. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中在形成該第二電極於該矽晶基材之下表面的步驟後，更包含對該矽晶太陽能電池晶片進行一燒結製程。
7. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中在該矽晶太陽能電池的製造過程中，該矽晶基材之上表面的表面積係維持一致。
8. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該絕緣層具有一電阻率不小於1x10⁸歐姆‧米。
9. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該絕緣層係為含矽的絕緣層。
10. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該絕緣層係為氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽所構成之單層結構。
11. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該絕緣層係為擇自由氧化矽、氮化矽、及氮氧化矽所構成之多層結構。
12. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該絕緣層的厚度不小於45nm。
13. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該矽晶基材係為一n型矽晶基材，而該摻雜層係為一p型摻雜層。
14. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該矽晶基材係為一p型矽晶基材，而該摻雜層係為一n型摻雜層。
15. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該抗反層之材料係與該絕緣層材料相同。
16. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽能電池的製造方法，其中該第二電極並不與該絕緣層接觸。